Имплантация ионов кобальта в политетрафторэтиленовую матрицу

Известно, что ионы кобальта обладают большей селективностью ионного обмена, чем ионы натрия, поэтому кобальт активно вытесняет натрий из мембраны. Для осуществления имплантации ионов необходимо вымачивать мембраны в растворе кобальта определенной концентрации.

Введение

ионов кобальта в ионообменную мембрану проводили путем вымачивания образцов полимерного материала в водном растворе хлорида кобальта концентрацией 0,1 моль/л. Мембраны массой 250 мг в набухшем состоянии вымачивали в течение 24 часов в смешанных растворах CoCl2· 6H2O и NaCl общим объемом 5 мл. Всего было сделано 2 раствора с концентрацией CoCl2· 6H2O: 0,1 моль/л и 0.01 моль/л.Во время вымачивания ионы Na+, закрепленные на сульфогруппах, замещались на ионы Co2+ из раствора по реакции:

Восстановление имплантированных ионов кобальта боргидридом натрия в политетрафторэтиленовой матрице в отсутствие и под действием внешнего магнитного поля

Мембраны после вымачивания в водном растворе CoCl2· 6H2O готовы к восстановлению. Для восстановления от исходных мембран массой 250 мг отрезали часть прямоугольной формы и размером 1 см на 0,5 см. В качестве восстановителя использовался боргидрид натрия NaBH4 [36].

Непосредственно перед проведением реакции готовили свежий раствор боргидрида натрия концентрацией 2 моль/л.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

Мембраны после вымачивания перемещали в свежеприготовленный раствор восстановителя (приготовленный не более двух минут назад). Объем восстановителя для каждой мембраны специально не поддерживался постоянным и составлял от 20 до 30 мл. После помещения мембраны в восстановитель она сразу же меняла цвет с розового на черный, что свидетельствует об образовании металлического кобальта. Также во время реакции наблюдалось обильное выделение газа водорода с поверхности мембраны, при этом следили, чтобы выделяющийся газ не приводил к плаванию мембраны на поверхности раствора. В этом случае мембрану специально утапливали стеклянной палочкой. Продолжительность проведения реакции всегда выдерживали 30 минут. После этого раствор NaBH4 сливали, и промывали мембраны дистиллированной водой до полного прекращения реакции на их поверхности. Затем мембраны помещали под пресс между двумя листами фильтровальной бумаги. Пресс нужен, для того чтобы не допустить сворачивания мембраны в процессе высушивания.

Восстановление проводили в отсутствие и под действием внешнего магнитного поля. При проведении эксперимента в условиях наличия внешнего магнитного поля реакционная система помещалась между сердечниками двухполюсного электромагнита с регулируемой магнитной индукцией поля (рис 1). Ориентация плоскости мембраны к силовым линиям магнитного поля была параллельной, т. е. 0о к силовым линиям поля и перпендикулярной, т. е. 90о к силовым линиям поля. Точность поддержания магнитной индукции поля В=±0,5 Тл.

Эксперименты проводили при значениях индукции магнитного поля: 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 и 0,8 Тл. Далее, полученные образцы промывались дистиллированной водой и тщательно высушивались между листами фильтровальной бумаги под грузом.

Всего было восстановлено 20 мембран (по 10 каждой ориентации).

Рисунок 1 — Эксперементальная установка для синтеза нанокомпозитных материалов под действием внешнего магнитного поля Таблица 1 — Восстановленные мембраны.